«Апостериори»: Последний недостающий дважды очарованный барион обнаружен на Большом адронном коллайдере

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Коллаборация LHCb сообщила об открытии частицы Ωcc+, существование которой физики предсказывали уже несколько десятилетий. Эта частица стала последним недостающим представителем семейства так называемых дважды очарованных барионов – частиц, содержащих два очарованных кварка и один более лёгкий кварк.

Барионы представляют собой составные частицы, состоящие из трёх кварков. К этому классу относятся, например, протоны и нейтроны, из которых состоят атомные ядра. Однако кварки бывают разных типов, или, точнее, так называемых ароматов. Помимо привычных верхних и нижних кварков, входящих в состав обычного вещества, существуют более тяжёлые разновидности – в частности, странный и очарованный кварки.

Интерес к дважды очарованным барионам связан с тем, что они позволяют изучать сильное взаимодействие в необычном режиме. Внутри таких частиц находятся сразу два тяжёлых очарованных кварка. Их масса значительно превышает массу лёгких кварков, поэтому дважды очарованные барионы рассматриваются как своеобразная лаборатория для проверки квантовой хромодинамики – современной теории сильного взаимодействия.

Теоретически должны существовать три основных дважды очарованных бариона. В первом случае два очарованных кварка объединяются с верхним кварком, образуя частицу Ξcc++. Во втором – с нижним кварком, образуя Ξcc+. В третьем – со странным кварком, образуя Ωcc+. Первую из этих частиц обнаружили ещё в 2017 году. Вторую удалось достоверно зарегистрировать лишь в марте 2026 года. Теперь физики сообщили и об обнаружении последнего представителя этого семейства.

Для поиска новой частицы исследователи использовали данные, полученные на Большом адронном коллайдере. При столкновениях протонов возникают миллиарды различных частиц, большинство из которых существуют лишь ничтожные доли секунды. Поэтому физики обычно наблюдают не сами частицы, а продукты их распада.

В случае Ωcc+ учёные искали события, в которых возникали барион Ωc⁰ и положительно заряженный пион. Если обе частицы рождаются в результате распада более тяжёлого объекта, их суммарная масса должна принимать определённое значение. Именно такой характерный пик исследователи и обнаружили в экспериментальных данных. Статистическая значимость сигнала оказалась достаточно высокой, чтобы говорить об открытии новой частицы.

Масса обнаруженного бариона составила около 3,8 гигаэлектронвольт. Для сравнения, масса протона примерно в четыре раза меньше. При этом частица оказалась крайне нестабильной и распадается практически сразу после рождения.

Особый интерес представляет возможность сравнить свойства всех трёх дважды очарованных барионов. Единственное различие между ними заключается в том, какой именно лёгкий кварк входит в их состав. Благодаря этому физики могут очень точно проверять расчёты квантовой хромодинамики и модели внутреннего устройства адронов. Многие характеристики этих частиц были предсказаны заранее, поэтому теперь исследователи смогут сравнить экспериментальные результаты с теоретическими ожиданиями.

Авторы работы отмечают, что открытие Ωcc+ завершает формирование целого семейства частиц, существование которого было предсказано ещё несколько десятилетий назад. Однако на этом исследования не заканчиваются. Теперь физики планируют более точно измерить времена жизни, массы и вероятности распада дважды очарованных барионов. Кроме того, продолжаются поиски ещё более экзотических частиц, содержащих сразу два тяжёлых кварка других типов. Новые данные помогут лучше понять поведение сильного взаимодействия – силы, которая связывает кварки внутри протонов, нейтронов и других составных частиц.